الفحص المجهري الإلكتروني الماسح (SEM)

الفحص المجهري الإلكتروني الماسح ، أو SEM ، هو تقنية قوية تستخدم في الكيمياء وتحليل المواد التي تستخدم شعاع إلكتروني ممسوح ضوئيا لتحليل الهيكل السطحي والتركيب الكيميائي للعينة.

المجاهر الضوئية الحديثة محدودة بتفاعل موجات الضوء المرئية مع جسم يسمى الحيود. تختلف أصغر مسافة قابلة للحل بين جسمين ، أو الدقة الجانبية ، اعتمادا على حجم نمط الحيود مقارنة بحجم الجسم. نتيجة لذلك ، تتمتع المجاهر الضوئية بتكبير أقصى يصل إلى 1,000X ودقة جانبية تصل إلى 200 نانومتر في المواقف المثالية.

لا يقتصر SEM على الحيود ، لأنه يستخدم شعاعا من الإلكترونات بدلا من الضوء. لذلك ، يمكن أن يصل SEM إلى تكبير يصل إلى مليون X بدقة جانبية دون نانومتر. بالإضافة إلى ذلك ، لا يقتصر SEM على ميزات التصوير فقط في المستوى البؤري ، كما هو الحال مع الفحص المجهري الضوئي. وبالتالي ، يتم حل الأشياء خارج المستوى البؤري ، على عكس الفحص المجهري الضوئي حيث تبدو ضبابية. يوفر هذا ما يصل إلى 300 مرة من عمق المجال مع SEM.

يستخدم الكيميائيون على نطاق واسع SEM لتحليل تكوين السطح وهيكل وشكل الكيانات النانوية ، مثل جزيئات المحفزات.

؟ سيحدد هذا الفيديو مبادئ أداة SEM ، ويوضح أساسيات إعداد عينة SEM وتشغيلها في المختبر.

في SEM ، يجب أن تكون العينات موصلة للتصوير التقليدي. العينات غير الموصلة مغلفة بطبقة رقيقة من المعدن ، مثل الذهب. ثم يتم إنشاء الصور عن طريق مسح شعاع مركز من الإلكترونات عالية الطاقة عبر العينة.

يتم إنشاء شعاع الإلكترون المستخدم في SEM بواسطة مسدس إلكتروني مزود بكاثود خيوط التنغستن. يتم دفع الإلكترونات نحو الأنود، في اتجاه العينة، بواسطة مجال كهربائي.

ثم يتم تركيز شعاع الإلكترون على عدسات المكثف ، ويدخل العدسة الشيئية. يجب معايرة العدسة الموضوعية من قبل المستخدم لتركيز شعاع الإلكترون على موضع ثابت على العينة. ثم يتم مسح الحزمة المركزة ضوئيا عبر العينة.

عندما تتفاعل الإلكترونات الأولية مع العينة ، فإنها تنفق إلى عمق يعتمد على طاقة شعاع الإلكترون. ينتج عن هذا التفاعل مع السطح انبعاث إلكترونات ثانوية ومبعثرة ، والتي يتم قياسها بعد ذلك بواسطة أجهزة الكشف الخاصة بها.

تختلف شدة إشارة الإلكترونات الثانوية المنبعثة حسب زاوية العينة. تطلق الأسطح العمودية على الحزمة عددا أقل من الإلكترونات الثانوية ، وبالتالي تبدو أكثر قتامة. عند حافة الأسطح ، يتم إطلاق المزيد من الإلكترونات وتبدو المنطقة أكثر إشراقا. تنتج هذه الظاهرة صورا ذات مظهر ثلاثي الأبعاد محدد جيدا ، كما هو موضح في فحص SEM للأسبستوس.

في المقابل ، تنعكس الإلكترونات المتناثرة في الاتجاه المعاكس لحزمة الإلكترون. تزداد كثافة الكشف مع زيادة العدد الذري للعينة ، مما يتيح الحصول على المعلومات التركيبية للسطح ، كما هو موضح في صورة التشتت الخلفي هذه للشوائب في الزجاج.

الآن بعد أن تم تحديد مبادئ أداة التسويق عبر محرك البحث ، سيتم عرض التشغيل الأساسي للنمائة التجارية في المختبر.

للبدء ، قم بتغطية العينة عن طريق وضعها على كعب عينة. تأكد من أن العينة جافة تماما ومفرغة من الغاز. إذا لزم الأمر ، يمكن استخدام شريط كربوني موصل على الوجهين للصق العينة بكعب الروتين. ضع العينة في نظام الاخرق. رش بضعة نانومترات من الذهب على العينة. سيختلف سمك الطبقة الذهبية اعتمادا على ما إذا كان الطلاء يتداخل مع مورفولوجيا العينة.

قم بإزالة العينة من نظام الاخرق. تأكد من وجود جسر موصل من سطح العينة إلى كعب الصلب المعدني.

بمجرد طلاء العينة ، تصبح جاهزة للتصوير. للقيام بذلك ، قم أولا بالتنفيس عن غرفة عينة SEM واسمح للغرفة بالوصول إلى الضغط الاسمي.

افتح حجرة عينة SEM ، وقم بإزالة مرحلة العينة. ضع كعب الروتين على مرحلة العينة ، وشد كعب الروتين في مكانه.

إذا تعذر التحكم في المسافة بين العدسة والعينة ، والتي تسمى مسافة العمل ، بواسطة البرنامج ، فتأكد من أن المسرح وكعب الروتين لهما الارتفاع المناسب للحصول على صورة.

ضع مرحلة العينة في غرفة العينة ، وأغلق المقصورة.

قم بتشغيل مضخات التفريغ واسمح للنظام بالضخ.

لبدء التصوير، افتح برنامج SEM. حدد جهد التشغيل المطلوب الذي يتراوح من 1 × 30 كيلو فولت. مع المواد عالية الكثافة ، يجب استخدام جهد تسارع أعلى. حدد جهد تسارع منخفض للمواد منخفضة الكثافة.

تتضمن معظم برامج التسويق عبر محرك البحث ميزة التركيز التلقائي. سيكتسب هذا تركيزا للعينة لاستخدامها كنقطة بداية.

اضبط التكبير على الحد الأدنى لمستوى التكبير البالغ 50X.

يحتوي SEM على أوضاع مسح مختلفة مثل المسح السريع والمسح البطيء. يوفر وضع المسح الأسرع معدل تحديث أسرع للشاشة بجودة أقل. حدد وضع المسح السريع للبدء ، للعثور على العينة والبدء في التركيز الخشن.

اضبط تركيز المقرر الدراسي حتى تصبح الصورة أكثر وضوحا. بعد ذلك ، اضبط موضع المسرح بحيث يمكن رؤية منطقة الاهتمام على الشاشة.

أولا، قم بالتركيز بأقل تكبير باستخدام التركيز البؤري الخشن. ثم قم بزيادة مستوى التكبير حتى يتم ملاحظة الميزة المطلوبة. اضبط تركيز المقرر الدراسي لتركيز الصورة تقريبا عند هذا التكبير. إذا لزم الأمر، اضبط التركيز البؤري الخشن عند زيادة التكبير.

بعد ذلك ، اضبط التركيز الدقيق لتحسين الصورة بشكل أكبر. كرر خطوات التركيز هذه في كل مرة يتم فيها زيادة التكبير.

يمكن أن تتسبب تشوهات الحزمة غير المتماثلة في تشويش الصورة ، وهو ما يسمى الاستجماتيزم ، حتى عندما تكون العينة مركزة جيدا. لتقليل هذا التأثير ، قم بزيادة التكبير إلى أقصى مستوى ، وقم بتركيز الصورة باستخدام التركيز البؤري الدقيق. ثم اضبط وصمة العار في كل من الاتجاه x و y لإعادة تشكيل الحزمة.

استمر في ضبط إعدادات التركيز البؤري والوصمة حتى يتم تركيز الصورة قدر الإمكان عند مستوى التكبير المتزايد.

ثم عد إلى مستوى التكبير المطلوب.

يمكن الحصول على صورة التسويق عبر محرك البحث إما في وضع "الصورة البطيئة" أو "الصورة السريعة". ينشئ وضع "الصورة السريعة" صورة أقل جودة ، ولكن يتم الحصول عليها بشكل أسرع. ينشئ وضع "الصورة البطيئة" صورة عالية الجودة ، ولكنه قد يشبع السطح بالإلكترونات.

لقياس الميزات داخل الصورة الملتقطة ، استخدم أدوات القياس الخاصة بالبرنامج.

تتضمن معظم الأدوات خيارات قياس مثل الطول والمساحة والزاوية.

لتحديد الطول، حدد المسافة المراد قياسها على صورة التسويق عبر محرك البحث (SEM). انقر فوق الصورة لإنشاء النقاط المرجعية التي سيتم تحليلها بواسطة البرنامج.

عند الانتهاء ، قم بإيقاف تشغيل التسويق عبر محرك البحث وفقا لإرشادات الشركة المصنعة.

يستخدم الفحص المجهري الإلكتروني الماسح لتصوير مجموعة واسعة من العينات.

يمكن استخدام SEM لتصوير المواد المعقدة وعالية التنظيم ، مثل غشاء ألياف الكربون.

أظهرت العينة درجة عالية من المسامية وبنية ثلاثية الأبعاد. خاصية مرغوبة للغاية لتطبيقات مثل التحفيز.

يمكن أيضا استخدام SEM لتصوير العينات البيولوجية ، مثل البكتيريا. في هذا المثال ، تم تصوير شعر بكتيريا الأمعاء مثل الزوائد ، أو pili ، باستخدام SEM.

نمت هيليكوباكتر بيلوري على ألواح أجار الدم ، وزرعت البكتيريا على زلات غطاء زجاجي.

تم تركيب عينات مجففة بالكامل ، ومغلفة ب 5 نانومتر من البلاديوم والذهب لجعل العينة موصلة.

أخيرا ، تم تصوير العينة باستخدام SEM. كانت H. pylori مرئية بسهولة ، مع بيلي نانوي قابل للقياس.

يصف هذا المثال كيف يمكن دمج أنسجة المخ في راتنج مستقر ، ثم تصويرها في ثلاثة أبعاد باستخدام شعاع أيوني مركز و SEM.

أولا ، تم تثبيت أنسجة المخ ودمجها في الراتنج. ثم تم تحديد منطقة الاهتمام وتقطيعها باستخدام ميكروتوم.

ثم تم إدخال العينة في المجهر الإلكتروني الماسح للحزمة الأيونية المركزة للتصوير ثلاثي الأبعاد. ثم تم استخدام الحزمة الأيونية المركزة لإزالة الطبقات الرقيقة من العينة بالتتابع. تم تصوير كل طبقة قبل إزالتها باستخدام التحليل الخلفي SEM.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للمسح المجهري الإلكتروني. يجب أن تفهم الآن مبادئ التشغيل الأساسية ل SEM وكيفية إعداد وتحليل عينة SEM.

شكرا للمشاهدة!